专利名称：一种片式氧传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种片式氧传感器及其制备方法。
背景技术：
汽车氧传感器是将燃烧后的气体情况实时反馈给发动机控制单元(ECU)的一个 关键元件，而发动机电控喷射系统则依据氧传感器提供的信号精确控制空燃比。由于混合 气的空燃比一旦偏离理论值，三元催化剂的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传 感器，检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从 而调整混合气的空燃比(A/F，空气与汽油的质量比)在理论值附近。现有的汽车氧传感器 主要分为片式氧传感器和管式氧传感器，其中片式汽车氧传感新发展的一种氧传感器，它 具有加热快、响应时间短等优点。现有技术中公开的片式氧传感器，具有图1所示的多层叠层结构，从下至上依次 包括加热器基体、绝缘层、加热电极、绝缘层、参比气通道本体、内电极、氧化锆基体、外电极 和多孔保护层。其中，所述加热器基体和参比气通道本体同质，均为氧化锆；而绝缘层为氧 化铝，与加热器基体、参比气通道本体异质。该片式氧传感器在制备过程中，异质结合困难， 共烧时容易产生分离翘曲现象，使得该片式氧传感器的密封性差，抗热震性低。
发明内容
本发明解决了现有技术中存在的片式氧传感器制备过程中异质结合困难使得氧 传感器密封性差、抗热震性低的技术问题。本发明提供一种片式氧传感器，所述片式氧传感包括加热体和加热体上部的测氧 体；所述加热体，包括加热器基片、加热器基片上方的两个绝缘层和夹持于两绝缘层 间的加热电极；所述测氧体，从下至上依次包括参比气基片、测氧层和多孔保护层；其中，绝缘层的面积小于加热器基片的面积，绝缘层的面积小于参比气基片的面 积，加热器基片的边沿与参比气基片的边沿相接触。本发明还提供了一种片式氧传感器的制备方法，包括将加热体和测氧体叠加，热 压、烧结得到所述片式氧传感器；所述加热体，包括加热器基片、加热器基片上方的两个绝缘层和夹持于两绝缘层 间的加热电极；所述测氧体，从下至上依次包括参比气基片、测氧层和多孔保护层；其中，绝缘层的面积小于加热器基片的面积，绝缘层的面积小于参比气基片的面 积，加热器基片的边沿与参比气基片的边沿相接触。本发明提供的片式氧传感器，通过缩小绝缘层的尺寸，减少异质材料间接触面积 的同时增加同质材料的接触面积，从而使得参比气基片与加热器基片结合更加紧密，降低 共烧发生分离概率，使得片式氧传感器密封性好，抗热震性高。
图1是现有技术提供的片式氧传感器的结构示意图。图2是本发明实施例1提供的片式氧传感器的结构示意图。图3是本发明实施例2提供的片式氧传感器的结构示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种片式氧传感器，所述片式氧传感包括加热体和加热体上部的测 氧体；所述加热体，包括加热器基片、加热器基片上方的两个绝缘层和夹持于两绝缘层间的 加热电极；所述测氧体，从下至上依次包括参比气基片、测氧层和多孔保护层；其中，绝缘层的面积小于加热器基片的面积，绝缘层的面积小于参比气基片的面 积，加热器基片的边沿与参比气基片的边沿相接触。参比气基片上设有参比气通道；所述测氧层位于参比气基片上方，测氧层包括氧 化锆敏感基体和氧化锆敏感基体上下表面的外电极和内电极；内电极位于参比气通道中， 且与大气连通。所述多孔保护层位于测氧层上方，覆盖于外电极上部，用于保护外电极。参比气基片上设有参比气通道，参比气通道的面积不能过大或者过小，优选情况 下，参比气通道的面积占参比气基片面积的20-50%。本发明中，所述参比气基片的面积包 括参比气通道的面积在内。本发明中，加热器基片的厚度为0. 4-0. 6mm，参比气基片的厚度为0. 4-0. 6mm，绝 缘层的厚度为0. 4-0. 6mm。本发明的片式氧传感器，为了提高加热体与测氧体的结合强度，即提高绝缘层与 参比气基片的异质结合强度，绝缘层与参比气基片之间还设有一氧化锆过渡层，且绝缘层 的面积小于氧化锆过渡层的面积。氧化锆过渡层的厚度为5-30 μ m。本发明提供了一种片式氧传感器的制备方法，包括将加热体和测氧体叠加，热压、 烧结得到所述片式氧传感器；所述加热体，包括加热器基片、加热器基片上方的两个绝缘层和夹持于两绝缘层 间的加热电极；所述测氧体，从下至上依次包括参比气基片、测氧层和多孔保护层；所述绝缘层的面积小于加热器基片的面积，绝缘层的面积小于参比气基片的面 积，加热器基片的边沿与参比气基片的边沿相接触。本发明中，所述片式氧传感器的制备方法为本领域技术人员公知的共烧方法，具 体包括以下步骤1)取一加热器基片，在加热器基片上依次涂覆绝缘层浆料、加热电极浆料、绝缘层 浆料，烘干，在加热器基片上形成绝缘层，作为第一片层；2)取一参比气基片，作为第二片层；所述参比气基片上设有参比气通道；3)在氧化锆敏感基体的两侧分别印刷电极浆料，烘干，在氧化锆敏感基体两侧形 成电极，然后在一侧的电极上印刷多孔保护层，烘干形成第三片层；4)将第一片层的绝缘层的一面朝上，第三片层的多孔保护层的一面朝上，将第一 片层、第二片层、第三片层从下至上依次叠加，将叠成热压、共烧得到片式氧传感器。本发明中，所述片式氧传感器的制备方法中所采用的原料为现有技术中本领域技术人员所采用的各种相应的原料。例如，加热器基片、参比气基片和氧化锆敏感基体均为氧 化锆流延基片，更优选为5%摩尔氧化钇稳定的氧化锆流延基片。所述电极浆料为本领域技术人员常用的电极浆料，例如可以为在钼粉中加入氧化 铝和氧化锆微粉制成的纯钼浆料。所述纯钼浆料中还可以含有鱼油、三油酸甘油酯、蓖麻油 中的一种或多种。在氧化锆敏感基体的两侧印刷电极浆料的方法，可以采用厚膜丝网印刷 方法。所述绝缘层浆料为本领域技术人员常用的氧化铝浆料。所述氧化铝浆料包括氧化 铝粉末和有机体系，所述有机体系中含有粘结剂、分散剂、增塑剂和溶剂。所述粘结剂为本 领域的技术人员常见的粘结剂，如粘结剂乙基纤维素和/或聚乙烯醇缩丁醛。所述的分散 剂为本领域的技术人员常见的分散剂，如聚羧酸铵盐。增塑剂为为本领域的技术人员常见 的增塑剂，如邻苯二甲酸二丁酯和/或聚乙二醇。所述溶剂为本领域的技术人员常见的有 机溶剂，如松油醇、酒精、二甲苯中的一种或多种。所述涂覆绝缘层浆料的方法可以采用厚 膜丝网印刷技术。所述的多孔保护层的材料一般为铝尖晶石微粉，该铝尖晶石微粉为本领域的技术 人员公知的用于制备氧传感器的多孔保护层的材料，可商购。本发明中，通过将各叠层热压、烧结即可制得所述片式氧传感器。热压的条件包括 热压温度为50-100°C，热压压力为25-50Mpa。共烧的条件包括共烧温度为1400-1500°C，共 烧时间为1-3小时。本发明中，为了提高各叠层的结合紧密性和片式氧传感器的密封性，在所述片式 氧传感器的制备方法中，还包括以下步骤在加热器基片上涂覆绝缘层浆料、电极浆料、绝 缘层浆料之后，再涂覆氧化锆过渡层浆料，氧化锆过渡层浆料的涂覆面积大于绝缘层浆料 的涂覆面积；烘干，得到加热器基片-绝缘层-氧化锆过渡层的三层结构，其中，绝缘层中含 有加热电极。本发明中，所采用的氧化锆过渡层浆料含有氧化锆粉末和有机体系，所述有机体 系与绝缘层浆料中的有机体系相同。由于氧化锆过渡层和绝缘层采用同种有机体系，因此 氧化锆过渡层与绝缘层的相容性较好，使得氧化锆过渡层与绝缘层的结合力较高。另外，参 比气基片上设有中空的参比气通道，使得参比气基片与绝缘层的接触面积较小，所述氧化 锆过渡层与绝缘层的接触面积大于绝缘层与参比气基片的接触面积，因此氧化锆过渡层与 绝缘层能结合紧密。在热压共烧过程中，氧化锆过渡层与上层参比气基片属同质结合，结合 紧密性好。综上，因此该氧化锆过渡层能有效提高绝缘层与参比气基片的结合程度，提高片 式氧传感器的密封性和抗热震性。为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1本发明提供了一种片式氧传感器，所述片式氧传感包括加热体和加热体上部的测 氧体，如图2所示，所述加热体从下至上依次包括加热器基片8、绝缘层61、加热电极7、绝 缘层62 ；所述测氧体从下至上依次包括参比气基片5、内电极4、氧化锆敏感基体3、外电极 2和多孔保护层1，其中，内电极4、氧化锆敏感基体3和外电极2构成测氧层；绝缘层61、62的面积小于加热器基片8的面积，绝缘层61、62的面积小于参比气基片5的面积。所述绝缘层61、加热电极7和绝缘层62通过厚膜丝网印刷工艺形成于加热器基片 8上。参比气基片5上设有参比气通道51。内电极4和外电极2通过厚膜丝网印刷工艺分 别形成于氧化锆敏感基体3的两面，其中内电极4位于参比气通道51中，且与参比气通道 51中的大气连通。外电极2和内电极4测量氧化锆敏感基体3两侧的氧的含量/浓度差， 并根据测量数据输出电压信号，从而控制喷油量的大小。图2所示的片式氧传感器中，加热器基片8、参比气基片5均为氧化锆流延基片， 而绝缘层61、62为氧化铝层；绝缘层61、62位于加热器基片8和参比气基片5之间，绝缘层 61,62的面积比加热器基片8和参比气基片5的面积小，使得片式氧传感器边缘位置的结 合仍然为氧化锆同质结合，共烧时为同质共烧，烧结时不会产生翘曲现象，降低共烧分离概 率，提高片式氧传感器的结合强度，因此具有本发明结构的片式氧传感器的密封性好，抗热 震性高。实施例2如图3所示，本发明第二实施例的片式氧传感器与第一实施例的类似，其与实施 例1的差别在于在绝缘层62与参比气基片5之间还含有一氧化锆过渡层9，该氧化锆过渡 层9的面积大于绝缘层62的面积。该氧化锆过渡层9，一方面与上层参比气基片5属于同 质结合，结合程度高；另一方面，氧化锆过渡层9与绝缘层62的接触面积大于实施例1中绝 缘层62与参比气基片5的接触面积，因此该氧化锆过渡层9提高了绝缘层62与参比气基 片5的结合紧密性。得到的片式氧传感器密封性好，抗热震性高。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种片式氧传感器，所述片式氧传感包括加热体和加热体上部的测氧体；所述加热体，包括加热器基片、加热器基片上方的两个绝缘层和夹持于两绝缘层间的 加热电极；所述测氧体，从下至上依次包括参比气基片、测氧层和多孔保护层；其特征在于，绝缘层的面积小于加热器基片的面积，绝缘层的面积小于参比气基片的 面积，加热器基片的边沿与参比气基片的边沿相接触。
2.根据权利要求1所述的片式氧传感器，其特征在于，参比气基片上设有参比气通道； 所述测氧层包括氧化锆敏感基体和氧化锆敏感基体上下表面的外电极和内电极；内电极位 于参比气通道中，且与大气连通。
3.根据权利要求2所述的片式氧传感器，其特征在于，多孔保护层覆盖外电极上部，用 于保护外电极。
4.根据权利要求2所述的片式氧传感器，其特征在于，参比气通道的面积占参比气基 片面积的20-50%。
5.根据权利要求1所述的片式氧传感器，其特征在于，加热器基片的厚度为 0. 4-0. 6mm，参比气基片的厚度为0. 4-0. 6mm，绝缘层的厚度为0. 4-0. 6mm。
6.根据权利要求1所述的片式氧传感器，其特征在于，加热体和测氧体中间设有氧化 锆过渡层，所述氧化锆过渡层位于绝缘层与参比气基片之间，绝缘层的面积小于氧化锆过 镀层的面积。
7.根据权利要求6所述的片式氧传感器，其特征在于，氧化锆过渡层的厚度为 5-30 μ m0
8.一种片式氧传感器的制备方法，包括将加热体和测氧体叠加，热压、烧结得到所述片 式氧传感器；所述加热体，包括加热器基片、加热器基片上方的两个绝缘层和夹持于两绝缘层间的 加热电极；所述测氧体，从下至上依次包括参比气基片、测氧层和多孔保护层；其特征在于，绝缘层的面积小于加热器基片的面积，绝缘层的面积小于参比气基片的 面积，加热器基片的边沿与参比气基片的边沿相接触。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)取一加热器基片，在加热器基片上依次涂覆绝缘层浆料、电极浆料、绝缘层浆料，烘 干，在加热器基片上形成绝缘层，作为第一片层；2)取一参比气基片，作为第二片层；所述参比气基片上设有参比气通道；3)在氧化锆敏感基体的两侧分别印刷电极浆料，烘干，在氧化锆敏感基体两侧形成电 极；然后在一侧的电极上印刷多孔保护层，烘干形成第三片层；4)将第一片层的绝缘层的一面朝上，第三片层的多孔保护层的一面朝上，将第一片层、 第二片层、第三片层从下到上依次叠加，将叠层热压、共烧得到片式氧传感器。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤步骤1)中烘干之 前在绝缘层浆料上再涂覆氧化锆过渡层浆料，氧化锆过渡层浆料的涂覆面积大于绝缘层浆 料的涂覆面积；所述氧化锆过渡层浆料中的有机体系与绝缘层浆料中的有机体系相同。
全文摘要
本发明提供了一种片式氧传感器，所述片式氧传感包括加热体和加热体上部的测氧体；所述加热体，包括加热器基片、加热器基片上方的两个绝缘层和夹持于两绝缘层间的加热电极；所述测氧体，从下至上依次包括参比气基片、测氧层和多孔保护层；其中，绝缘层的面积小于加热器基片的面积，绝缘层的面积小于参比气基片的面积，加热器基片的边沿与参比气基片的边沿相接触。本发明还提供了该片式氧传感器的制备方法，包括加热体和测氧体叠加，热压、烧结得到所述片式氧传感器。本发明的片式氧传感器，通过缩小绝缘层的尺寸，从而使得参比气基片与加热器基片结合更加紧密，降低共烧发生分离概率，使得片式氧传感器密封性好，抗热震性高。
文档编号G01N27/409GK102053112SQ20091010996
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月29日 优先权日2009年10月29日
发明者向其军, 唐莹, 禹棣, 黄志彬 申请人:比亚迪股份有限公司